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浅谈戒指样件的数控加工

2019/11/27 阅读:

摘要:以曲面样件戒指为主要研究对象进行工艺分析设计。在研究的过程中运用了数控加工技术,对戒指的外观和结构进行了详细的分析,且针对该产品设计了相应的加工工艺方案。从工序的安排、机床及配件的选定、毛坯的选定、装夹的方案、刀具的选择最终确定工艺路线,最后通过进行编程仿真加工,对工艺路线进行验证。

关键词:手板;数控加工;加工工艺

引言

随着社会的不断发展,戒指成为当前社会很流行的一种装饰品,但人们的审美观也逐渐提高,对戒指的外观、造型都有了很高的要求。因此针对人们的需求,戒指的制作也成了一项重要的行业,因为其造型独特,外形小巧精美,结构较为复杂,因此在制作也是非常困难,而且成本也十分高昂,且制作时很难一次性形成也无法大批量生产,因此手板成为很多生产过程中必要的手段[1-3]。通常刚刚研发或设计完成的产品都是需要制作手板,手板是为了验证产品设计时的第一步,主要是为了找出设计产品时的不足、缺陷、弊端最直接简单有效的方式,从而对产品设计弊端和缺陷进行改善[2],找出个别手板的不足之处。从而手板行业应运而生,为产品的质量提供了安全的保障。

1戒指样件的结构分析

根据对产品的结构及图纸要求,得到:(1)产品的主体部分为一个类似于圆环的形状,由于该部分全是曲面的形状,考虑到三轴机床加工不是太合适,因此在加工该部分时选用的是五轴机床。(2)产品的主体部分中的圆环直径为6mm,由于该尺寸较小,所以选用的刀具直径也较小,因此要考虑刀具的装刀长度和刚性,对刀具的要求较高。(3)产品的上表面为一个豹头的图案,因为是在一个平面内完成只用了2.5轴的命令,因此选用的是三轴机床。(4)产品的上表面为豹头图案,其中加工的形状间隙最小的为0.12mm,因此加工有很大的难度,在选择刀具时也是一个难点。(5)产品的精度要求较高,在加工圆环时要求不能出现刀纹的现象,因此加工难度较大。(6)工件整体尺寸较小,尤其是在加工圆环时,它的厚度很薄,所以在加工时容易出现变形,从而导致工件尺寸有误差。

2工艺路线分析

2.1机床选定

通过分析可知本产品分为两大工序,分别是三轴机床的工序和五轴机床的工序。戒指的主体部分在五轴机床上加工,然后戒指的上表面在三轴机床上加工。三轴机床的工序:首先是对工件的上表面进行铣平面,铣到指定的位置。接着是对上面的豹头进行加工,由于豹头中间的间隙较小,所以采取的刀具直径也较小,因此要注意其装刀长度和避空长度,保证其刚性。首先对其进行分层粗加工,将豹头的大致形状做出,再进行残补将其余料进行去除,之后进行平行截线精加工,最后采取等高外形加工将戒指的边缘圆弧,并且保证其精度效果。五轴机床的工序:首先是进行开粗,也为分层环切粗加工,将戒指的左右两侧分别进行开粗,将其大致轮廓做出来。然后再进行半精加工和精加工,其中采取的加工方法为曲面投影加工。接下来要进行的是戒指指环的部分,看似一个孔但却不能用钻孔的方法来制作,而是通过等高外形的方法来进行加工,并且需要在戒指的左右两侧分别加工,使其达到所要求的目的。因为该表面有陡峭部分还有平缓部分,所以要注意路径,有的路径会延伸出来,因此会采用到路径裁剪或者路径删除方法,使路径看起来比较好看。最后再次进行精加工,使表面的余量全部去除。为了防止表面出现接刀纹和其他刀纹,采取更小刀具进行加工,这样就会有效地减少刀纹的出现。五轴机床和三轴机床的类型也很多,根据产品的加工精度要求,机床的行程是否满足零件外形尺寸的要求等,选择三轴机床为Carver400TE_AUH,选择的五轴机床为SmartCNC500E_DRTD。

2.2毛坯选定

产品毛坯的选择,进行毛坯的选择时要遵循一定的原则:(1)主要能够满足产品的形状、尺寸精度和表面质量的要求。(2)在考虑生产条件时,应该确定其加工的设备和技术水平,是否能够满足加工要求。(3)选择毛坯时要考虑到经济因素,成本价要大于它的实际价值。综上考虑,戒指样件的毛坯为一个黄铜柱体毛坯,产品外形尺寸6.3mm×6mm,长度方向预留5mm的装夹位,圆形的直径要有2mm的余量,所以下料选定毛坯尺寸为10mm×20mm。

2.3装夹方案

(1)根据零件图分析,首先加工的是主体部分,该部分要在五轴机床上完成。根据毛坯的外观形状,使用零点快换夹具,主要是结构更加简单,定位精度更高,可根据工件大小,自由组合使用。(2)根据零件图分析,第二次加工的是平面部分,该部分要在三轴机床上完成。加工这部分时要根据工件的形状进行仿形夹具设计[4],设计的仿形工装夹具如图2所示。

3数控加工

3.1五轴加工

首先采用2mm的牛鼻刀,运用分层环切粗加工的方法进行整体轮廓的粗加工,这一步可以设置刀具的吃刀深度大一些,进给速度大一些,可以缩短加工时间[5]。然后用2的球头刀采用导动面加工进行戒指整体轮廓的精加工,之后指环部分采用2mm和1mm的球头刀利用等高外形加工方法加工出来,这部分是曲面加工需要建立坐标系分别对戒指两侧进行加工,最后进行采用4mm的平底刀切断,进行三轴平面加工。

3.2三轴加工

五轴加工将零件的大体做出来,首先需要对戒指的外轮廓进行加工,分为粗加工和精加工,在加工时都采用4mm的平底刀,在进行粗加工时可以使刀具的吃刀量大一些,加工的速度慢一些,精加工时可以减小刀具的吃刀量,并且提高刀具的加工速度这样可以提高工件的表面精度。之后对戒指表面上豹头进行加工,因为上面豹头的纹路较为复杂。首先采用锥度15°的牛鼻刀开粗,将豹头的大致纹路做出来,接下来用锥度10°平底刀进行残料补加工,为的是上一步开粗没有加工到的部位进行再次加工,避免在精加工时导致刀具发生断刀的现象,最后采用锥度5°的平底刀进行精加工,加工出豹头图文。最后用1mm的球头刀对戒指侧边的圆弧进行等高外形加工,加工出满足要求的成品。

4加工难点及解决方法

4.1有效避免戒指圆环上的震刀纹和弹刀的现象

首先是震刀纹,震刀纹产生的原因主要有温差、Z轴方向的长度不统一、相同区域重复走刀、刀具磨损等原因,因此加工前需要充分暖机使主轴热伸长稳定;在进行局部的精加工或者清角时可以采用比原来更小的刀具来进行加工;尽量快点完成缩短加工时间。弹刀的避免主要是吃刀量的问题,不要一次性走完,而是要将余量分几次走完,避免弹刀过切在精加工时不能将其修正[6-7]。

4.2刀具在加工时径向跳动要有效减小

首先应该了解刀具径向跳动的原因,因为刀具的中心位置和机床主轴的旋转中心位置不在同一条直线上,因此产生了径向跳动。产生的主要几个部分有刀具夹头本身是否有磨损,刀具夹头和刀具的配合是否正确,夹头和螺母里面是否清洁,还有就是在装刀时刀具是不是伸出的太长,在加高的转速下发生刀摆等。因此在进行装刀的过程中一定要仔细检查,不要疏忽每一个细节,以免产品报废。

5总结

本次设计方案主要是针对曲面样件戒指的数控加工设计进行简单分析,为曲面样件的加工提供一种新的研究思路,同时也为精密加工提供一些依据。

参考文献:

[1]崔欢欢.浅谈数控机床的发展趋势及主要问题[J].山东工业技术,2018(07):3.

[2]杨建武.国内外数控技术的发展现状与趋势[J].制造技术与机床,2008(12):57-62.

[3]袁慧娟.现代机械制造工艺与精密加工技术的研究[J].现代制造技术与装备,2018(11):7-8.

[4]张美芸.浅谈机械工程的夹具设计[J].湖北农机化,2019(04):44.

[5]袁美荣,李怀为,廖治凯.数控加工系统中刀具的合理选择[J].机械工人(冷加工),2007(07):43-45.

[6]严婷婷.数控加工工艺标准化分析[J].机电工程技术,2018,47(01):110-113.

[7]叶振弘.基于CNC技术的手板模型制作研究[D].杭州:浙江工业大学,2007.

作者:段闪闪 刘晓光 单位:商丘工学院机械工程学院

浅谈戒指样件的数控加工

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